計算機基礎知識學習演講人：XXX2025-03-10計算機概述計算機硬件系統計算機軟件系統計算機網絡與通信技術計算機操作系統計算機編程基礎目錄01計算機概述第一代電子管計算機研制研制過程中科院計算所于1957年開始研制通用數字電子計算機，1958年8月1日成功研制出第一臺電子數字計算機——103型計算機(即DJS-1型)。成果與意義103型計算機的研制成功，標志著中國成為世界上少數幾個能夠自主研制電子計算機的國家之一。研制背景1956年，中國制定《十二年科學技術發展遠景規劃》，將計算機列為重點發展項目。030201第一代電子管計算機存在體積龐大、耗電多、運算速度慢等缺點，需要改進。研制背景中科院計算所等單位于1958年開始研制晶體管計算機，1964年成功研制出第一臺晶體管計算機。研制過程晶體管計算機的研制成功，提高了計算機的運算速度和可靠性，為計算機的發展奠定了基礎。成果與意義第二代晶體管計算機研制隨著半導體技術的不斷發展，集成電路逐漸取代了晶體管，成為計算機的主要元器件。集成電路的興起集成電路計算機研制中科院計算所等單位于20世紀60年代開始研制集成電路計算機，并陸續取得了一系列重要成果。研制過程集成電路計算機的研制成功，進一步縮小了計算機的體積，降低了成本，提高了性能和可靠性。成果與意義研制背景中科院計算所等單位于20世紀70年代開始研制大規模集成電路計算機，并成功研制出多臺高性能的計算機。研制過程成果與意義大規模集成電路計算機的研制成功，使計算機的性能得到了極大的提升，為計算機在各領域的廣泛應用奠定了基礎。集成電路技術的飛速發展，推動了計算機技術的不斷創新和升級。大規模集成電路計算機研制02計算機硬件系統中央處理器功能中央處理器是計算機的運算和控制核心，負責執行程序指令和處理數據。組成由數百萬到數十億的晶體管組成，包括運算器、控制器和寄存器等部件。性能指標主頻、外頻、倍頻、緩存大小、核心數、線程數等是衡量CPU性能的重要指標。典型產品Intel的酷睿系列、AMD的銳龍系列等。計算機存儲系統分為內存、外存和緩存等多個層次，每個層次的存儲速度、容量和價格都不同。是計算機的主存儲器，用于暫時存儲CPU正在處理的程序和數據。如硬盤、光盤等，存儲容量大，但訪問速度較慢，主要用于長期存儲程序和數據。位于CPU和內存之間，用于快速存儲CPU經常訪問的數據和指令，以提高系統性能。存儲器層次結構層次劃分內存外存緩存輸入輸出設備輸入設備將外部信息轉換為計算機能識別的數字信號，如鍵盤、鼠標、掃描儀、攝像頭等。02040301交互式輸入輸出設備既能輸入信息又能輸出信息，如觸摸屏、手寫板等。輸出設備將計算機處理后的數字信號轉換為人類能識別的信息，如顯示器、打印機、音響等。輸入輸出接口用于連接輸入輸出設備與計算機主板，如USB接口、HDMI接口等。總線與接口技術總線計算機內部各部件之間傳輸信息的公共通道，分為數據總線、地址總線和控制總線。01020304接口計算機與外部設備或網絡之間的連接通道，包括并行接口、串行接口、USB接口、網絡接口等。總線標準規定總線上傳輸信息的格式、時序和控制方式的技術規范，如PCI、AGP、PCIe等。接口技術通過接口硬件和軟件協議，實現計算機與外部設備或網絡之間的數據傳輸和通信，如USB3.0、Thunderbolt等。03計算機軟件系統系統軟件操作系統控制計算機硬件與軟件資源的系統軟件，是用戶與計算機硬件之間的接口。驅動程序驅動硬件設備工作的程序，為操作系統提供與硬件交互的接口。實用程序執行計算機管理任務的程序，如文件管理、磁盤清理等。系統服務提供網絡通信、安全、用戶管理等功能的程序或進程。用于創建、編輯、查看和轉換圖像的應用程序。圖像處理軟件播放音頻、視頻等多媒體文件的應用程序。多媒體播放器01020304用于文檔處理、電子表格、演示文稿等日常任務的應用程序。辦公軟件輔助程序員進行代碼編寫、調試、測試等工作的應用程序。編程開發工具應用軟件編程語言用于編寫計算機程序的語言，如Java、Python、C等。編程工具輔助編程人員編寫、調試、測試程序的工具，如集成開發環境（IDE）。腳本語言用于自動化任務、批處理文件等的輕量級編程語言。編譯器與解釋器將編程語言編寫的源代碼轉換為計算機可執行的機器代碼的程序。編程語言與工具明確軟件的功能和性能需求，確保開發目標符合用戶需求。需求分析軟件工程原理與實踐制定軟件架構、模塊劃分、接口設計等方案。設計階段使用編程語言和工具將設計轉化為可執行的代碼。編碼實現對軟件進行測試、調試和修復，確保軟件質量并持續進行維護。測試與維護04計算機網絡與通信技術01020304資源共享、信息傳遞、分布式處理等。計算機網絡的基本概念計算機網絡功能總線型、星型、環型、網狀等。計算機網絡拓撲結構局域網、城域網、廣域網等。計算機網絡分類計算機網絡是連接分散計算機設備及通信設備以實現信息傳遞的系統。計算機網絡定義網絡通信協議與技術TCP/IP協議傳輸控制協議/因特網協議，是Internet最基本的協議。HTTP協議超文本傳輸協議，用于Web服務器與客戶端之間的通信。FTP協議文件傳輸協議，用于在網絡上進行文件傳輸。DNS技術域名系統，將域名解析為IP地址，便于用戶訪問網站。網絡安全與防護策略網絡安全威脅病毒、木馬、黑客攻擊、網絡釣魚等。02040301網絡安全策略制定安全政策、加強用戶教育、定期備份數據等。網絡安全措施防火墻、入侵檢測、數據加密、安全審計等。網絡安全法律法規了解并遵守相關網絡安全法律法規，保護個人隱私和信息安全。云計算與大數據技術云計算概念通過互聯網提供數據處理和存儲服務，實現計算資源的共享和按需分配。云計算服務類型基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）、軟件即服務（SaaS）。大數據技術海量數據的存儲、處理和分析技術，包括數據挖掘、機器學習等。云計算與大數據關系云計算為大數據提供存儲和計算資源，大數據為云計算提供更豐富的應用場景。05計算機操作系統操作系統提供用戶界面、文件管理、設備管理、存儲管理、網絡通信等功能。操作系統主要分為桌面操作系統、服務器操作系統、嵌入式操作系統等。如Windows、MacOS等，提供圖形化用戶界面，支持多種應用程序。如Linux、WindowsServer等，專注于提供網絡服務、數據存儲等功能。操作系統的功能與類型功能類型桌面操作系統服務器操作系統進程的概念進程是程序的一次執行過程，是系統進行資源分配和調度的基本單位。進程管理與調度算法01進程的狀態包括就緒態、執行態、阻塞態等。02調度算法常見的調度算法包括先來先服務、短作業優先、時間片輪轉等。03進程同步與互斥進程間的同步與互斥機制，如信號量、互斥量等。04樹形目錄結構、哈希表等。文件的目錄結構如分區存儲、磁盤配額、文件壓縮等。存儲管理01020304包括FAT、NTFS、EXT等。文件系統類型如訪問控制、加密等。文件保護文件系統與存儲管理操作系統實例分析Windows操作系統Windows是微軟公司開發的桌面操作系統，具有圖形化用戶界面、多任務處理等特點。Linux操作系統Linux是開源的操作系統，廣泛應用于服務器、嵌入式系統等領域，具有高度的可定制性和安全性。Unix操作系統Unix是一個強大的多用戶、多任務操作系統，廣泛應用于企業級服務器和高端工作站。macOS操作系統macOS是蘋果公司開發的桌面操作系統，具有優美的界面和強大的多媒體功能。06計算機編程基礎機器語言計算機能直接識別和執行的二進制代碼，執行速度快但難以閱讀和編寫。匯編語言采用助記符號表示機器指令，提高了可讀性，但仍需轉化為機器語言執行。高級語言接近人類自然語言，易于閱讀和編寫，但需通過編譯器或解釋器轉化為機器語言執行，如C、C、Java等。編程語言的分類與特點數據結構數據在計算機中的存儲和組織方式，如數組、鏈表、棧、隊列、樹和圖等，是算法實現的基礎。算法解決特定問題或完成特定任務的方法或步驟，具有明確性、有限性、有效性等特點，是程序設計的核心。數據結構與算法簡介將數據和操作數據的方法封裝在一起，形成一個獨立的對象，隱藏對象的內部細節，僅對外提供必要的接口。封裝性子類可以繼承父類的屬性和方法，從而擴展新的類，減少重復代碼，提高代碼復用性和可維護性。繼承性允許不同類的對象對同一消息作出不同的響應，實現程序的靈活性和可擴展性。多態性面向對象編程思想軟件開發流程與方法論需求分析明確軟件的功能和性能